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半导体大盘点!国产十大设备龙头全梳理
旺材芯片 | 2023-12-13 20:00:23    阅读:10   发布文章

1、刻蚀设备


刻蚀设备主要用于将光刻过程中形成的图案转移到硅片上的其他层,如氧化层、硅层、金属层等。刻蚀过程可以通过物理、化学或物理化学方法进行。


日立高新和细美事分别占据全球3.45%和2.53%的市场份额。
国内中微公司在全球市场的占有率为1.37%,科磊占比1.23%,北方华创占比0.89%,爱发科占比0.19%,屹唐半导体占比0.10%。

2、薄膜沉积设备


薄膜沉积设备通常用于在基底上沉积导体、绝缘体或者半导体等材料膜层,使之具备一定的特殊性能。
薄膜沉积设备按照工艺原理的不同可分为物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD)设备和原子层沉积(ALD)设备。
CVD占沉积设备整体市场份额的64%,其技术路线较多,具有较好的孔隙填充和膜厚控制能力,因此是应用最广的沉积设备。

从市场格局来看,薄膜沉积设备主要被日本、美国和欧洲的厂商主导。
据Gartner数据,PVD设备方面,应用材料具有绝对份额优势,占据85%的市场份额;应用材料、泛林半导体和东京电子是CVD设备市场中的佼佼者,分别占比30%、21%和19%;ALD设备中,东京电子和ASMI是行业龙头,分别占有31%和29%的市场份额。

国内厂商中,北方华创和拓荆科技的薄膜沉积设备研发进展较为领先,中微公司在深耕用于LED制造的MOCVD的同时加码钨填充CVD设备。
北方华创的CVD、PVD等相关设备已具备28nm工艺水平;14nm先进制程薄膜沉积设备与ALD设备已在客户端通过多道制程工艺验证并实现应用。
中微公司的钨填充CVD设备可应用于先进逻辑器件接触孔填充,以及64层、128层和200层以上的3D NAND中的若干关键薄膜沉积步骤。
拓荆科技的部分CVD设备已广泛应用于中国晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线,并已展开14nm及以下制程产品验证测试;部分ALD设备已应用于中国晶圆厂28nm及以上制程集成电路制造产线,并已展开28nm及以下制程产品验证测试。


3、光刻机


光刻机是半导体制造过程中非常重要的一类设备,用于将集成电路(IC)的图案精确地转移到硅片上。光刻技术是半导体制程中关键的一步,它对芯片性能和产量有着直接影响。随着半导体工艺不断发展,光刻技术也在不断推进,以满足更高集成度、更小尺寸和更低成本的需求。

光刻机的主要工作原理是利用光源(如紫外光、极紫外光等)照射到经过特殊处理的光刻胶覆盖的硅片上。通过光刻胶对光的感光特性,可以实现对硅片表面进行精细的图案刻画。

资料来源:智研咨询
光刻机技术壁垒极高,荷兰阿斯麦一家独大。
2022年ASML光刻机营收约161亿美元,较2021年131亿成长23%,Canon光刻机营收约为20亿美元,Nikon光刻机业务营收约15亿美元,其中Canon与Nikon产品部分光刻机用于面板业,部分用于半导体,2022年三大企业光刻机营收合计接近200亿美元,合计市场份额超过90%。
国内对标产品为ASML的DUV光刻机:TWINSCAN NXT:2000i。以NXT:2000i为例,各子系统拆分如下:上海微电子负责光刻机设计和总体集成,北京科益虹源提供光源系统,北京国望光学提供物镜系统,国科精密提供曝光光学系统,华卓精科提供双工作台,浙江启尔机电提供浸没系统。
上海微电子用于前道制造的600系列光刻机:资料来源:上海微电子

4、涂胶显影设备


涂胶显影设备是半导体制程中光刻过程的关键辅助设备,涉及到光刻胶的涂覆与显影。这类设备通常包括涂覆机(Coater)和显影机(Developer),它们在光刻过程中起到以下作用:

1. 涂覆机(Coater):涂覆机的主要功能是在硅片表面均匀地涂覆一层光刻胶。涂覆过程通常利用旋转涂覆的方法,将硅片固定在一个旋转的支架上,同时向硅片表面滴注光刻胶。借助离心力,光刻胶会均匀地分布在硅片表面,形成一层均匀的光刻胶膜。涂覆后,硅片需要经过软烘烤过程,使光刻胶膜固化并保持稳定。

2. 显影机(Developer):显影机用于在光刻胶上形成实际的图案。在光刻机将掩模上的图案曝光到硅片表面后,硅片需要进入显影机进行显影处理。显影过程中,显影机会将显影液均匀地喷洒到硅片表面,使曝光区域的光刻胶溶解,从而形成图案。显影后,硅片需要进行硬烘烤,以固定图案并提高光刻胶的抗刻蚀性能。

涂胶显影设备在整个光刻过程中起到了举足轻重的作用,它们的性能和操作直接影响到光刻图案的质量、尺寸控制以及产量。因此,在半导体制程中,涂胶显影设备的选择和维护十分重要。

在前道涂胶显影设备领域,日本厂商东京电子(TEL)在全球的市场份额高达87%。国产厂商芯源微凭借多年技术积累,于2018年自主研发出首台国产高产能前道涂胶设备,并成功通过下游集成电路制造厂工艺验证。目前芯源微生产的前道涂胶显影设备已获得了多个前道大客户订单及应用。其前道涂胶显影设备业务将显著受益于国产替代机遇。

5、清洗设备


半导体清洗是指针对不同的工艺需求对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒、自然氧化层、金属污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等杂质的工序。为减少杂质对芯片良率的影响,实际生产中不仅需要提高单次清洗效率,还需在几乎所有制程前后进行频繁清洗。
清洗设备分类:

在全球清洗设备市场,日本公司占据主导地位,DNS占据40%以上的市场份额,TEL、SEMES、拉姆研究等也在行业占据了较高的市场份额,市场集中度较高。国内市场中,DNS和TEL仍然占据较大市场份额,盛美、北方华创则分别占据了10%和5%左右的市场份额,一定程度上打破了进口垄断,开启国产替代。
我国半导体清洗领域的厂商包括盛美上海、北方华创、芯源微和至纯科技

6、氧化/扩散设备


氧化/扩散设备是半导体制程中的关键设备,主要用于在硅片表面形成氧化层、进行掺杂物扩散以及形成浓度梯度。这些过程对于制造半导体器件,例如晶体管、二极管等,具有重要意义。

氧化设备用于在硅片表面生成氧化层,通常是二氧化硅(SiO2)。氧化层在半导体器件中扮演多种角色,如绝缘层、掩蔽层、栅介质等。氧化过程通常通过热氧化法进行,将硅片置于高温氧气环境中,利用氧化反应生成二氧化硅薄膜。氧化设备主要包括热氧化炉、等离子增强化学气相沉积设备(PECVD)等。

扩散设备用于将掺杂物(如硼、磷等)引入硅片内,改变其导电性能。扩散过程可以通过扩散炉、离子注入设备等实现。扩散炉将硅片置于高温掺杂气体环境中,使掺杂物原子在热激活下扩散进入硅晶格。离子注入设备则将掺杂物原子加速并注入到硅片内,形成掺杂浓度梯度。

氧化和扩散设备对半导体器件的制造过程具有关键作用,设备性能、精度和稳定性的提高有助于提升器件性能和可靠性。随着半导体技术的发展,氧化/扩散设备也在不断进步,以满足更高技术水平和更复杂工艺要求。


7、CMP设备

化学机械研磨/化学机械抛光(CMP)是目前公认的纳米级全局平坦化精密加工技术。
在硅片制造环节,在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后,在抛光环节,为最终得到平整洁净的抛光片需要通过CMP设备及工艺来实现。
在集成电路制造环节,芯片制造过程按照技术分工主要可分为薄膜淀积、CMP、光刻、刻蚀、离子注入等工艺环节,CMP设备必不可少。
在先进封装领域,硅通孔(TSV)技术、扇出(Fan Out)技术、2.5D 转接板(interposer)、3D IC等都需要使用CMP设备。
集成电路制造过程及CMP工艺应用场景:
资料来源:华海清科
全球CMP设备厂商中,应用材料占据绝大部分份额,占比70%,其次为荏原机械,占比25%。
目前华海清科CMP设备主要应用于28nm及以上制程生产线,14nm仍在验证,领先于国内其他厂商。其设备已广泛应用于中芯国际、长江存储、华虹集团、大连英特尔、厦门联芯、长鑫存储、广州粤芯、上海积塔等行业内领先集成电路制造企业的大生产线,占据国产CMP设备销售的绝大部分市场份额。

8、离子注入机


离子注入机是一种半导体制程中的关键设备,它通过加速和控制离子束,将掺杂物质(如硼、磷等)注入到半导体晶体中,以改变半导体材料的电子特性。离子注入技术在集成电路制造、太阳能电池、微电子和光电子领域具有广泛的应用。
离子注入设备及主要工艺流程:
资料来源:《图解芯片技术》、《半导体制造技术导论》
日本也拥有日新、日本真空、住友重工等离子注入机知名厂商。
国内企业中,只有凯世通和中科信具备集成电路离子注入机的研发和生产能力。

9、去胶设备


随着先进芯片制造工艺的发展,干法去胶设备的技术不断提高,逐渐成为先进光刻中关键步骤,市场规模也在逐渐扩大。
去胶设备是一种专门用于去除物体表面粘合剂、胶水或胶带残留的机械设备。这类设备广泛应用于制造业、电子行业、汽车行业等领域,以确保产品的质量和性能。去胶设备有多种类型,包括机械去胶、化学去胶、热处理去胶和激光去胶等。

全球干法去胶设备领域呈现多寡头竞争的发展趋势,前五大厂商的市场份额合计超过90%。
去胶设备国产化率74%。屹唐半导体市占率位居全球第一,已全面覆盖全球前十大芯片制造商和国内行业领先芯片制造商,可用于90nm-5nm逻辑芯片、1y到2x纳米系列DRAM芯片以及32层到128层3D闪存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产。资料来源:Gartner、东方证券
封装与测试是集成电路的后道工序。
在芯片封装完成后,通过测试机和分选机的配合使用,对电路成品进行功能及稳定性测试,挑选出合格成品,并根据器件性能进行分选、记录和统计,保证出厂的电路成品的功能和性能指标符合设计规范,实现对电路生产的控制管理。
分选机将芯片逐个传送至测试位置,测试机对待测芯片施加输入信号,采集输出信号与预期值进行比较,判断芯片的性能和功能有效性,而后分选机根据测试结果对芯片进行取舍和分类.
晶圆检测中的探针台和测试机工作示意图:
资料来源:MJC


10、测试机


半导体测试机又称半导体自动化测试机。

半导体测试机,又称为半导体测试设备或半导体测试仪器,是用于检测和验证半导体器件(例如集成电路芯片、晶体管、二极管等)性能和可靠性的专用设备。半导体行业中,芯片测试是产品开发和生产过程中非常重要的环节,可以确保产品质量和性能达到预期标准。
半导体测试机可以分为几种类型,如参数测试仪、功能测试仪、系统级测试仪等,针对不同的测试需求和目标进行优化。半导体测试技术随着半导体产业的发展不断进步,以满足日益严格的性能和可靠性要求。

纵观整个测试机市场,国外厂商测试机具有较大领先优势。
中国测试机市场来看,美国企业泰瑞达、科休,日本企业爱德万三家市占率高达84%,国内测试机大厂仅华峰测控、长川科技两家,分别占据8%和5%的份额,无论从测试机总量的增长态势还是从较低的国产化率来看,国产测试机在国内市场中具有较大的市场发展空间。

来源:小明同志吖


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